工控技术讲析系列之工业机器人

工控技术讲析系列之工业机器人

ZR-ROBOT工控网讯：随着技术的进步，工业机器人应用领域变得更加广泛，从传统的汽车制造业向电子电器、食品加工、冶金、化工等行业扩张，工业机器人的发展成为自动化生产时代到来的助力。在这里介绍一下工业机器人的发展、特点及应用情况。

工业机器人介绍

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词，剧中机器人Robot这个词的本意是苦力，即剧作家笔下的一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。它是最早的工业机器人设想。

20世纪40年代中后期，机器人的研究与发明得到了更多人的关心与关注。50年代以后，美国橡树岭国家实验室开始研究能搬运核原料的遥控操纵机械手，如0.2所示，这是一种主从型控制系统，主机械手的运动。系统中加入力反馈，ABB机器人维修，可使操作者获知施加力的大小，主从机械手之间有防护墙隔开，操作者可通过观察窗或闭路电视对从机械手操作机进行有效的监视，主从机械手系统的出现为机器人的产生为近代机器人的设计与制造作了铺垫。

1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生，开创了机器人发展的新纪元。

UNIMATION的VAL（veryadvantagelanguage)语言也成为机器人领域最早的编程语言在各大学及科研机构中传播，也是各个机器人品牌的最基本范本。其机械结构也成为行业的模板。其后，UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购，并利用STAUBLI的技术优势，进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口，并由kawasaki模仿改进在国内推广。

工业机器人特点

工业机器人最显著的特点有以下几个：

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。

(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的生物传感器，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

为适应市场需求，工业机器人在发展中呈现如下特点：适用性，专用化，高精度、高速度，模拟性，易操作，更灵活，易控制，更自动化。

1适用性

有什么样的需求会产生什么样的产品，工业机器人也不例外。此款机器人适合汽车行业，另一款机器人则适合电子加工，不同的机器人则对应不用的行业。英国Motomen公司为满足最近生产了为了满足新型汽车Jaguarsaloo制造需要，专门生产了两台焊接机器人设备。第一台除有一个标准的外形外，还带有一个报警器和一个电力线的载源，六轴的机器人和两个自动变址的工作台。而第二台有六轴机器人和一个手动变址的旋转工作台。前者为汽车管座框架实行金属焊条惰性气体保护弧焊。后者靠辐射支架和其它部件自动完成12种弧焊。从两台机器人投入生产以来，汽车的预期生产量超过了十三万部。

2专用化

世界机器人的发展越来越专用化。为了完成某一生产任务，机器人的结构尽量的简单。如上述英国Motomen公司最近介绍了一种型号为SP-100的机器人，为了实现专门完成自动包装码垛和拆卸的任务而被特殊设计。此机器人有效载重高达160公斤，仅有四个轴，用NC伺服电机控制，结构设计既简单又精度高。在SP-100类型机器人的手臂内部有两个独立的气流通道给抓手提供气动力，同时又通过23根电缆为抓手提供电动力。

英国一家公司研制出了一条铸造和拖拉金条的全自动生产线。这条生产线采用了先进的机器人系统，并在英国首次投入生产。由于这种机器人的高速度和高准确率，而使得它能够被理想地运用于自动装配，检测、挑选和安放等操作，也能运用于准确、重复性的操作之中。利用这条生产线来铸造金条不但可以降低成本，而且最重要的就是铸造出来的金条精确度高，误差小。因此，该机器人专用于铸造金条。

3高精度高速度

日本松下电器公司研制的焊接机器人具有RF350溢变器-焊接能量源和一高速旋转弧传感器系统。此焊接机器人是使用空心齿轮和小型伺服电机的高度压制品，目的是能在最小的空间内进行高精度高速度的焊接操作。特别是旋转弧传感器担任了重要的角色，通过指令使机器人跟踪零部件两配合处的沉积物产生高质量的焊接。

4模拟性

日本东京科技大学的研究人员，结合蚂蚁回家的本能研制了一种新的导航技术，导航技术是用连有充电设备的照相机作眼睛来模拟蚂蚁从附近回到洞穴的机理，并由此制造了机器人飞船模型，模型直径1.1米，长度1.9米。模型中使用了一台六自由度的推进器，可以前后左右上下移动。由照相机扑获的信息导航。在20米远的测试中，飞船几乎能100%地从所处位置回到家。当然该导航技术还能用在其它方面，如塔桥和核能设备的检测中。它的检测是靠无线电连续传播的方向，高度和宽度三项指标相对位置的数据决定的。

5易操作更灵活

英国一家公司发明了一种新技术，可以在机器人的手臂上实现快速的更换。这种功能的实现是通过联接器，联接器的一端直接安装在机器人的法兰盘上，另一端与几个系统连接，由开关通过气压控制，起到可在短时间内更换系统的作用。同时，系统能随时改变以便提供各种设备最佳组合。互锁系统可以保证机器联接的可靠性，甚至在气压下降或很小的情况下，无需更换机器人手臂就可以更好供给到位。由于系统在机器人手臂上更换灵活，易操作，因此，该设备的产品已遍及法国、德国及欧洲其它国家，南美洲和远东地区。

6易控制